cấu hỏi ôn tập VẬT LIỆU ĐIỆN

Câu 1: Các trạng thái cơ bản của vật chất, đặc điểm chính của từng trạng thái?
+ Các trạng thái cơ bản của vật chất: Rắn, Lỏng, Khí.
Chất khí:
- Là tập hợp các nguyên tử hoặc phân tử có liên kết yếu với nhau, gần như độc lập với
nhau.
- Chất khí không có hình dạng riêng và khối lượng riêng.
- Một chất khí có xu hướng chiếm toàn bộ không gian có sẵn.
Chất lỏng:
- Các phần tử liên kết yếu với nhau –> chất lỏng dễ bị biến dạng. Khó nén và có tính
nhớt:
* Độ nhớt thể hiện sự gắn kết của các phần tử với nhau.
* Khi 1 chất lỏng đi qua 1 vật thể, độ nhớt càng lớn thì chất lỏng càng khó đi qua
Chất rắn:
- Không có các điện tích tự do giữa các phân tử hoặc ở giữa các ion.
- Các phân tử hoặc nguyên tử trong chất rắn liên kết chặt chẽ với nhau bởi các liên kết
hóa học.
- Chất rắn có hình dạng riêng và khối lượng riêng.
Câu 2: Lí thuyết phân vùng năng lượng, dựa vào đó phân loại vật liệu?
+ Lí thuyết vùng năng lượng trong vật rắn:
- Cấu trúc năng lượng của 1 nguyên tử đứng cô lập có dạng là các mức năng lượng rời
rạc. ( Wi ).
- Khi đưa các nguyên tử lại gần nhau, do tương tác, các mức năng lượng rời rạc Wi này
bị suy biến thành những dải gồm nhiều mức khác nhau => gọi là cac vùng năng lượng.
- Tùy theo tình trạng các mức năng lượng trong 1 vùng có bị điện tử chiếm chỗ hay
không, người ta phân biệt 3 loại vùng năng lượng khác nhau
* Vùng hóa trị (vùng đầy) : trong đó tát cả các mức năng lượng đều bị chiếm chỗ,
không cnf trạng thái năng lượng tự do.
* Vùng dẫn (vùng trống) : trong đó các mức năng lượng đều còn bỏ trống hay chỉ bị
chiếm chỗ 1 phần.
* Vùng cấm : không tồn tại mức năng lượng nào để điện tử có thể chiếm chỗ hay xác
suất tìm hạt tại đây bằng không.

+ Phân loại vật liệu : Tùy theo vị trí tương đối giữa 3 vùng trên, các chất rắn cấu trúc
tinh thể được chia là 3 loại ( ở 00K )

1


VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN
I. Phân loại VLCĐ:
- VLCĐ thể khí: không khí,…
- VLCĐ thể lỏng: dầu MBA,…
- VLCĐ rắn: thủy tinh, sứ,…
II. Các tham số đặc trưng:
1. Điện trở suất
- Đặc trưng cho khả năng chống lại sự di chuyển của dòng điện
 = R.

S
l

(m) (mm2/m)

Trong đó: R- Điện trở (); - Điện trở suất ( mm2/m)
S- tiết diện dây dẫn (mm2) ; l- Chiều dài dây dẫn(m)
+ Điện dẫn suất  : γ =

1
1

ρ m

( Simen/m)

1.1. Điện trở suất khối: Điện trở của khối lập phương có cạnh 1cm được hình dung
cắt ra từ vật liệu khi dòng đi qua 2 mặt đối diện khối lập phương đó.
ρV = R V .

S
(cm)
h

Trong đó : RV : điện trở suất của khối mẫu () ; S: tiết diện của điện cực đo (cm2)
h: chiều dày của khối điện môi (cm)
1.2. Điện trở suất mặt: Điện trở suất của 1 hình vuông bề mặt vật liệu khi dòng điện đi
qua 2 cạnh đối diện.
ρS = R S .

d
(Ω)
h

Trong đó : RS : điện trở mặt của khối mẫu () ; d: chiều dài của điện (cm)
l: khoảng cách giữa 2 cực (cm)
2. Khái niệm cách điện
+ Lí thyết: chất không chứa các điện tích tự do. Khi đặt dưới 1 điện trường cố định sẽ
không có bất cứ sự dẫn nào xuất hiện.
+ Thực tế: không tồn tại chất cách điện như trên.
- Chất cách điện tốt:
 > 1013 m
- Chất cách điện xấu:
 < 1013 m

3. Hằng số điện môi
Khi đặt điện môi vào trong điện trường E => Xảy ra quá trình phân cực. Cực
dương xuất hiện điện tích âm, cực âm xuất hiện điện tích dương. Điện môi được xem
như là 1 tụ điện C.
- Có thể coi cả khối như một tụ điện có điện tích
Q = C.U
(C: điện dung của tụ điện; U: đ/a đặt vào tụ )
’
Q = Q0 + Q
Q0 : đtích của tụ điện mà giữa 2 bản cực là chân không

2


Q’ : đtích sinh ra bởi quá trình phân cực của điện môi
 Hằng số điện môi: Là khái niệm khá quan trọng trong vật liệu cách điện
 = Q/Q0 = (Q0+Q’)/Q0 = 1+Q’/Q0 1
-  = 1 khi môi trường giữa 2 bản cực là chân không (  trong hệ ST)
0 = 1/(4..9.109) (F/m)
 không phụ thuộc vào hệ đơn vị đo, gọi là hằng số đm tương đối từ:
 = Q/Q0 => Q = .Q0  C.U = . (C0.U)
=>  =C/C0 .
4. Điện dẫn của điện môi
- Xét mô hình điện môi có dạng hình trụ như sau:
S

l= v

Trong đó: S: tiết diện, v: vận tốc trung bình của các điện tích.
Gọi n là mật độ điện tích tự do, q là điện tích của 1 phần tử.

Khi đặt điện môi vào trong điện trường E
+ Điện tích dương đi về cực âm, điện tích âm đi về cực dương => tạo nên dòng điện
trong điện môi,
 Dòng điện trong điện môi
Q = n.q.V = n.q.S. v = I
( V: thể tích của hình trụ ). Mặt khác I = j.S ( j: là mật độ dòng điện A/ m2 )
 n.q.S. v = I =j.S => j = n.q. v
Chú ý: - Các điện tích tự do có thể là: các điện tử, ion dương, ion âm, các khối mang
điện tích. Vận tốc trugn bình của các điện tích khác nhau.
Gọi v(+), v(-) là tốc độc trung bình của các điện tích dương và âm, ta có:
v(+) = K(+). E
;
v(-) = K(-). E
Với K(+), K(-) là độ linh hoạt của các điện tích dương và ấm ( đại lượng đặc trưng
cho khả năng chuyển động của chúng dưới tác động của từ trường ngoài )
 j = n(+) .q (+) . v (+) + n(-) .q (-) . v (-)
= ( n(+) .q (+) .K(+) + n(-) .q (-) .K(-)). E
Câu 3: Các loại điện dẫn của điện môi
- Trong vật liệu cách điện có nhiều loại điện tích tự do khác nhau tham gia vào quá
trình điện dẫn. Dựa vào thành phần dẫn điện dẫn, chia làm 3 loại:
+ Điện dẫn điện tử: thành phần là các điện tử tự do trong điện môi
+ Điện dẫn ion: ( điện dẫn điện phân ) thành phần là các ion âm và ion dương.
+ Điện dẫn điện di: ( điện dẫn molion) thành phần là các nhóm phân tử hay tạp chất
được tích điện tồn tại trong điện môi. Chúng được tạo nên bởi ma sát trong quá trình
chuyển động nhiệt.

3


PHÂN CỰC CỦA ĐIỆN MÔI

* Lưỡng cực phân tử
Mỗi phân tử của chất điện môi gồm 2 thành phần:
+ Các hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương.
+ Các electron mang điện tích âm quay quanh các hạt nhân
 Bình thường các phân tử của chất điện môi trung hòa về điện.
Về phương diện:
+ Thay phần điện tích âm của các e bằng điện tích “–q” đặt tại trọng tâm điện tích âm
“O -”.
+ Thay phần điện tích dương của các hạt nhân bằng điện tích “+q” đặt tại trọng tâm
điện tích âm “O +”.
- Do có sự phân bố các e quanh hạt nhân, điện môi được chia là 2 loại
+ Loại 1: Có các e phân bố không đối xứng quanh hạt nhân, tâm điện tích âm O – và
tâm điện tích dương O + cách nhau 1 đoạn l.
 Phân tử trở thành lưỡng cực điện ( lưỡng cực phân tử ) moomen lưỡng cực G
hướng từ O- đến O +
O+

+q

-q

O-

+ Loại 2: Có các e phân bố đối xứng quanh các hạt nhân, tâm điện tích âm O – và tâm
điện tích dương O – trùng nhau
+q
 Phân tử không trở thành lưỡng cực điện.
-q
* Phân cực điện môi
Xét 1 điện môi đặt trong 1 điện trường

- Điện môi loại 1: ( phân tử lưỡng cực)
- Khi chưa có điện trường Eng = 0: các lưỡng cực phân tử sắp xếp hỗn loạn theo mọi
phương do chuyển động nhiệt. => Tổng vecto của các momen lưỡng cực phân tử bằng
không. Trên khối điện môi không cuất hiện các điện tích.
- Khi có điện trường ngoài Eng # 0: mỗi lưỡng cực phân tử có xu hướng quay sao cho
momen lưỡng cực của nó có phương và chiều trùng với chiều của Eng

Nhận xét: - Nếu Eng càng lớn và chuyển động nhiệt của các phân tử càng yếu ( nhiệt
Eng lưỡng
# 0 cực càng mạnh.
độ thấp ) thì sự định hướng của các momen
- Nếu Eng đủ lớn các lưỡng cực phân tử có thể coi như nằm són song với nhau theo
phương chiều của điện trường ngoài.
=> Khi đó:
- Bên trong khối điện môi các điện tích âm và dương của các phân tử trung hòa nhau.
- Ở 2 mặt giới hạn của các điện môi vẫn tồn tại các điện tích âm và dương.

4


(+)

(-)

(+)

(-)

Eng # 0
- Điện môi loại 2: ( phân tử không lưỡng cực)

- Khi chưa có điện trường Eng = 0: trọng tâm điện tích dương và âm của các phân tử
trùng nhau. Trong khối điện môi không có các lưỡng cực phân tử. Trên mặt các điện
môi không xuất hiện các điện tích.
- Khi có điện trường ngoài Eng # 0: các trọng tâm điện tich âm và dương của các phân
tử tách nhau ra. Mỗi phân tử trở thành 1 lưỡng cực điện có momen lưỡng cực sắp xếp
theo chiều của Eng. Quá trình xảy ra giỗng như trường hợp trên: trên mặt giới hạn của
khối điện môi xuất hiện các điện tích trái dấu.
KẾT LUẬN:
- Với cả 2 loại điện môi, khi đặt vào Eng thì ở trên 2 mặt giới hạn của khối điện môi
đều xuất hiện các điện tích trái dấu ( các điện tích liên kết)
- Tùy theo chất điện môi, điện tích của các lưỡng cực phân tử sẽ lớn hay nhỏ
- Tùy thuộc vào độ lớn của Eng, các phân tử lưỡng cực sẽ quay theo hướng nhiều hay ít
=> Mức độ phân cực của 1 chất điện môi phụ thuộc vào: Bản chất của điện môi và
cường độ điện trường bên ngoài Eng.
* Vecto phân cực điện môi
Khi đặt điện môi trong 1 điện trường E:
- Các điện tích liên kết dương chuyển dịch theo chiều vecto E.Các điện tích liên kết
âm chuyển dịch theo chiều ngược lại.



=> phân tử bị biến dạng và xuất hiện momen điện: m   qn .rn


rn

qn

=> Hiện tượng phân cực

Trong đó: qn: là điện tích
liên kết; rn vecto bán kính
hướng từ gốc O nào đó đến
điện tích n.

Xét trường hợp đặt vào trong trường đều 1 lớp điện môi phẳng song song, có
kích thước vô hạn theo các phương trục x và y.
(-) (-) (+)
(-) (+) (+)

Y
X

(-) (+) (+)
Z
Eng

5


Nhận xét:
- Trên các mặt song song của lớp điện môi xuất hiện các điện tử liên kết.
- Các điện tử liên kết tạo ra 1 điện trường riêng Er.
- Bên ngoài điện môi Er cùng chiều với Eng , bên trong điện môi Er ngược chiều với Er
  
E  = E ng + E r

- Độ lớn cường độ điện trường tổng:
Bên trong: E∑ = Eng – Er ; Bên ngoài: E∑ = Eng + Er
- Hiện tượng phân cực được định lượng bằng vecto phân cực điện.

- Vecto phân cực điện bằng tổng các momen điện của các phân tử trong 1 đơn vị thể


m
 i
N


P

tích điện môi.

i 1

( N: là số phân tử trong thể tích V của điện môi )

V

- Điện môi đồng nhất: tại mọi điểm của điện môi có cường độ phân cực P là như nhau.

 N  
Do đó: M   mi  P.V
i 1

* Điện môi thực tế
Ta có: M = P.V = P.S.h = P.S.l.cosӨ
Mặt khác: M = Q.l = δ.S.l
Trong đó: Q: điện tích; δ: mật độ điện tích trên bề mặt điện môi do phân cực gây nên
 δ = P.cosӨ = Pn
=> Mật độ điện tích trên bề mặt điện môi do phân cực gây nên có trị số bằng thành

phần pháp tuyến của vecto cường độ phân cực Pn.
* Tương quan giữa  và P



D   0 . .E

 
D   0 .E  P

Ta có phương trình Mắcxoen:

Trong đó: D: là véc tơ cảm ứng điện; E: là cường độ điện trường bên ngoài do
điện áp gây nên giữa 2 điện cực.



 

 0 . .E   0 .E  P




P
 P   0 .(  1).E    1  
 0 .E
* Hệ số phân cực
- Khi không có Eng tác động: các momen điện của các phân tử sắp xếp ngẫu nhiên

 N 
M   mi  0
i 1

- Khi có Eng tác động: các momen điện của các phân tử sắp xếp theo chiều tác dụng

 N 
của điện trường. => M   mi # 0
i 1

=> Do đó điện trường bên trong điện môi Etr sẽ khác với điện trườn bên ngoài Eng

6






- Momen trung bình của các phân tử: mtb   . Etr

( Trong đó α là hệ số phân cực điện môi, đặc trưng cho khả năng phân cực của các
phân tử có momen điện và có đơn vị F.m2
- Xét 1 đơn vị thể tích :

 N 

P   mi  N . .Etr
i 1



N . .Etr
P

=>   1    1 
 0 .E
 0 .E

* Các dạng phân cực
+ Phân cực nhanh: Thời gian phân cực: t = 10-12 – 10-15 s. Chỉ xảy ra với các điện
môi có sự phân cực điện tử hoặc phân cực ion.
+ Phân cực chậm: Thời gian phân cực: t> 10-10 s. Chỉ xảy ra trong điện môi có kết cấu
lưỡng cực ( phân tử điện môi có trọng tâm của các điện tích dương và điện tích âm
trùng nhau).

7


TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA ĐIỆN MÔI
1. Phân loại dòng điện trong điện môi
Tùy theo nguyên nhân sinh ra dòng điện, người ta phân dòng điện chạy trong
điện môi bao gồm những loại sau.
+ Dòng điện phân cực: Do ảnh hưởng của cường độ điện trường làm cho các điện tích
trong điện môi dịch chuyển có hướng.
+ Dòng điện hấp thụ: Do phân cực chậm gây nên. Khi có Eng, các phân tử lưỡng cực
sẽ xoay hướng và tạo nên dòng điện hấp thụ.
+ Dòng điện rò: Do sự có mặt các điện tích tự do như bụi bẩn bám trên bề mặt của
điện môi hoặc có sẵn ở bên trong chất điện môi. Dưới tác dụng của điện trường, các
điện tích tự do có thể dịch chuyển theo hướng của điện trường. Trị số của dòng điện rò

rất nhỏ.
Chú ý: Dựa vào trị số dòng điện rò ( điện trở suất ρ) để đánh giá vật liệu cách điện.
- Irò bé thì cách điện tốt. Irò lớn thì cách điện kém.
2. Điện dẫn của điện môi khí
Các điện tích tự do trong chất khí có thể là các điện tử + các ion âm, dương ( do quá
trình ion hóa và kết hợp tự nhiên)
=> Đặc tính V-A của chất khí : được xác định khi đặt điện áp 1 chiều vào 2 điện cực
đặt trong môi trường khí.
Log I (A)
0

D
-2
-4

C
-6
-8

B
-10
-12

A

Uo

-14
4

8

12

16

20

24

U (kV)

8


+ Đặc trung 4 chế độ khác nhau:
* Vùng A:
- Dòng điện và điện áp rất nhỏ ( = 10-11 A và = 10V)
- Điện trường sinh ra không đủ lớn để tạo ra thác điện tử.
- Dòng điện được tạo nên bởi các quá trình tự nhiên ( VD: năng lượng bức xạ mặt trời,
các tia bức xạ,…)
- Khi không có tác nhân tự nhiên, dòng điện này sẽ không tồn tại -> điện dẫn khoogn
duy trì.
* Vùng B:
- Đặc trưng bởi 1 giá trị điện áp ngưỡng U0 và 1 sự tăng vọt của dòng điện.
- Điện trường tác dụng chỉ đủ lớn để các điện tử tồn tại sẵn trong môi trường nhận
được năng lượng và tăng tốc độ chuyển động, chúng sẽ va chạm với các phân tử trung
hòa và gây nên quá trình ion hóa ( do va chạm ).
- Số lượng điện tích sẽ ttawng theo hàm số mũ (gọi là thác điện tử)
- Điện dẫn trong môi trường sẽ tăng lên.

* Vùng C:
- trong vùng này các điện tích tự do xung quanh 2 bề mặt điện cực ( điện tích dương ở
phía cực âm, điên tích âm ở phía cực dương) sẽ tạo ra 1 điện trường ngược với điện
trường tác dụng.
- Điều này làm cản trở sự tăng của dòng điện khi tăng điện áp ( I= 10-4 – 10-1 A )
* Vùng D:
- Tương ứng với khu vực cường độ điện trường mạnh
- Dòng điện trở nên rất mạnh -> sự sụt mạnh của điện áp
- Vùng này gọi là vùng phóng điện chọc thủng.
3. Điện dẫn của điện môi lỏng
Có 2 loại điện dẫn trong điện môi lỏng: điện dẫn ion và điện dẫn điện di.
* Điện dẫn ion
+ Nguồn gốc: Ion hóa tự nhiên, quá trình phân li các phân tử của chính bản thân chất
lỏng và tạp chất.
Đặc tính V-A của chất lỏng

- Đường a: điện môi có
lẫn tạp chât.
- Đường b: điện môi
tinh khiết

9


Phân tích:
+ 0 – Uth : điện dẫn không tự duy trì.
+ > Uth : ion hóa do va chạm => điện tich tăng lên theo hàm sỗ mũ, dòng điện tăng
nhanh, phóng điện trong chất lỏng.
* Điện dẫn điện di
- Do các điện tich tự do có sẵn ( tạp chất ) trong điện môi gây nên khi có mặt của điện

trường.
Cụ thể:
+ Khi có Eng : các điện tích tự do sẽ di chuyển theo hướng của Eng gây ra chuyển động
nhiệt, khi đó các tạp chất sẽ ma sát với phân tử điện môi lỏng và chúng sẽ nhiễm điện.
- tạp chất > đm : tạp chất nhiễm điện dương.
- tạp chất < đm : tạp chất nhiễm điện âm.
+ Khi có Eng tác động: Các điện tích âm dịch chuyển về cực dương, các điện tích
dương dịch chuyển về điện cực âm => dòng điện rò.Khi tiếp cận với các điện cực , các
điện tích của tạp chất sẽ được trung hòa về điện.
=> Kết quả: Xung quanh điện cực se tập trung số lượng tạp chất lớn. Mật độc tạp chất
bên trong điện môi sẽ giảm => Quá trình làm sạch điện môi.
4. Điện dẫn của điện môi rắn:
Có thể là: điện dẫn ion, điện dẫn điện từ
Tổng hợp cả 2 loại trên:
=> Đi trong khối điện môi => Dòng điện khối ( IV)
=> Đi trên bề mặt điện môi => Dòng điện mặt (IS)

10


PHÓNG ĐIỆN CỦA ĐIỆN MÔI
1. Khái niệm
Là hiện tượng điện môi bị mất tính chất cách điện khi điện áp đặt vào vượt quá
ngưỡng cho phép .Hiện tượng đóđược gọi làhiện tượng đánh thủng điện môi hay
làhiện tượng phá huỷ điện môi
Khi điện môi phóng điện, điện áp giảm đi một ít vàtại vị trí điện môi bị chọc
thủng ta quan sát thấy tia lửa điện hay hồquang, cóthểgây ra nóng chảy,làm nức
điện môi hay điện cực
Sau khi điện môi bị pháhuỷthì tuỳđiện môi, ta đưa điện môi ra khỏi điện trường
tuỳloại điện môi sẽcóđặt điểm khác nhau

- Rắn: quan sát được vết chọc thủng và nếu tiếp tục cung cấp U, sẽ bị đánh thủng tại
vị trí cũvàU thấp hơn.=>cần sửa chữa nghiêm túc
- Lỏng vàkhí:nguoc lại với chất rắn
2. Các yếu tố ảnh hưởng phóng điện điện môi
+ Cường độ điện trường Eđt, Dạng điện trường, Dạng điện áp, Thời gian tác dụng của
điện áp, Điều kiện môi trường: áp suất, nhiệt độ, độ ẩm,….
3. Phóng điện trong điện môi khí
3.1 Yêu cầu đối với chất khí cách điện
-Phải là loại chất khí trơ: không tham gia phản ứng hóa học khi tiếp xúc
-Phải có cường độ điện trường Eđt cao: kinh tế vì giảm kích thước vật liệu, giảm chi
phí nhà xưởng.
-Nhiệt độ hóa lỏng thấp: nhiệt độ hóa lỏng càng thấp thì càng nén được ở áp suất cao.
-Phải rẻ tiền, dễ tìm kiếm và chế tạo
Thành phần
Nhiệt độ
Tên chất khí
Ecđ/Ekk
hóa học
hóa lỏng
Không khí
O2 , N 2
1
Elegaz
SF6
2,5
-62oC
Freon
CCl2F2
2,5
-30oC

Tetra cloruacacbon
CCl4
6,3
+76oC
3.2 Các dạng ion hóa xảy ra trong chất khí
* Ion hóa do va chạm:
Khi các phân tử dang chuyển động va chạm nhau, động năng của chúng sẽ
chuyển cho nhau và do đó có thể xảy ra ion hóa nếu:
W

m.v 2
 Wi
2

( Trong đó : m: khối lượng phân tử; v: tốc độ chuyển động của phân tử; Wi: năng
lượng ion hóa)
* Ion hóa quang:
Năng lượng cần thiết để ion hóa có thể lấy từ bức xạ của sóng ngăn, với điều
c
v

kiện: W  h.v  Wi ; (  )   

h.c
Wi

Trong đó: : bước sóng; v: tần số bức xạ sóng ngắn; c: tốc độ ánh sáng ;
h: hằng số Plăng = 4,14.10-15 eV.s

11

* Ion hóa nhiệt:
+ Ở nhiệt độ cao:
- Ion hóa va chạm giữa các phân tử do các phân tử chuyển động với tốc độ lớn.
- Ion hóa do bức xạ nhiệt của khí bị nung nóng
- Ion hóa do va chạm giữa các phân tử và điện tử hình thành do 2 quá trình trên.
3
2

=> Năng lượng nhiệt cần thiết dể xảy ra quá trình ion hóa: W  .K .T  Wi
(Trong đó T: nhiệt độ tuyệt đối của chất khí, K = 1,38.10-23 J/ 0K là hằng số Boltzman)
* Ion hóa bề mặt
- Ion hóa bề mặt xảy ra ngay trên bề mặt điện cực kim loại
- Để giải thoát điện tử ra khỏi bề mặt cũng cần 1 năng lượng nhất định gọi là công
thoát điện tử.
- Công thoát điện tử từ bề mặt cực phụ thuộc vào vật liệu làm điện cực và trạng thái bề
mặt cực.
4. Phóng điện trong điện môi lỏng
Nhận xét:
- Ở đk bình thường, điện môi lỏng có cường độ điện trường cách điện cao hơn chất
khí.
- Trong chất lỏng thường chứa các tạp chất ( nước, bọt, khí bụi bẩn,..) -> hiện tượng
phóng điện trong chất lỏng phức tạp hơn so với trong điện môi khí.
a) Lí thuyết nhiệt
- Sự phóng điện là do sự phát nóng cục bộ ở bên trong chất lỏng ở những nơi có nhiều
tạp chất đưa đến sự hình thành một cầu dẫn điện giữa 2 cực.
b) Lí thuyết phóng điện do điện trường thuần túy
- Khi đặt điện trường đủ lớn lên điện môi lỏng, các điện tích tự do này sẽ được gia tốc,
khi nó va chạm với các nguyên tử trung hòa sẽ tạo ra nhiều điện tích tự do hơn.

=> Số lượng điện tích tự do tăng theo hàm số mũ và gây ra phóng điện
- Sự phóng điện là do sự ion hóa do va chạm, xuất xứ từ các điện tích tự do có sẵn
trong điện môi.
5. Phóng điện trong điện môi rắn
Có 2 khả năng: a) Phóng điện chọc thủng
b) Phóng điện bề mặt điện môi rắn
a) Phóng điện chọc thủng:
- Sau khi bị phóng điện chọc thủng, điện môi rắn sẽ mất hoàn toàn tính chất cách điện,
tính chất này không thể khôi phục lại được.
- Quá trình nghiên cứu điện môi rắn gặp nhiều khó khăn.
- Cường độ cách điện của điện môi rắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại phân tử, liên
kết phân tử, lượng tạp chất, môi trường,…
- Căn cứ vào nguyên nhân phóng điện, phóng điện chọc thủng chia làm 2 loại
Loại 1: Phóng điện chọc thủng do điện
- Xảy ra ở nhiệt độ thấp, cường độ điện trường cao.
- Cường độ điện trường đánh thủng ít phụ thuộc vào nhiệt độ.
- Cường độ điện trường do điện gây nên không phụ thuộc vào nhiều dòng điện môi.
- Xảy ra trong thời gian ngắn 10-7 -10-8 s

12


- Phóng điện do điện xảy ra ở nơi nào có cường độ điện trường lớn hơn 1.
Loại 2: Phóng điện chọc thủng do nhiệt
- Xảy ra ở nhiệt độ cao
- Cường độ điện trường do nhiệt gây nên phụ thuộc vào chiều dày của điện môi.
- Eđt giảm khi ở nhiệt độ cao.
- Thời gian phóng điện do nhiệt xảy ra trong 1 thời gian dài để có thời gian làm tăng
nhiệt độ.
- Phóng điện do nhiệt xảy ra ở nơi nào có sự phát nhiệt lớn hơn 1, truyền nhiệt và làm

mát kém nhất.
+ Quan hệ giữa Eđt và nhiệt độ

b) Phóng điện bề mặt:
- Xảy ra khi điện môi rắn được đặt trong môi trường khí hay dầu
- Quá trình phóng điện xảy ra men theo bề mặt ngoài của điện môi.
- Upđ bề mặt << Upđ chọc thủng
- Phóng điện này thường không làm hư hỏng cách điện nhưng có thể dẫn đến các sự cố
NM trong HTĐ.

13


TỔN HAO ĐIỆN MÔI
 Công thức tính tổn hao điện môi
- Tổn hao điện môi là phần NL sinh ra trong điện môi trong 1 đơn vị thời gian làm
cho điện môi bị nóng lên khi có điện trườg ngoài tác động
-Nguồn1chiều: do dòng rò gây ra :
P=I2.R=U.I
-Nguồn xoay chiều: chủ yếu do dòng rò và dòng phân cực gây ra.  = 2.П.f
P = UIcos =U.IR = U.Ictg
= U.(U/Xc).tg = U2..C.tg
Trong đó:
: là góc tổn hao đmôi
tg :tg của góc tổn hao đmôi

+ Điện môi lí tưởng là điện môi không tổn hao:  = 90 =>  = 0 => P = 0
+ Khi U,f đặt vào là ko đổi thì P và tg tỉ lệ thuận => khi xét tổn hao P ngta xét tg.
* Chuyển đổi sơ đồ thay thế từ song song  nối tiếp
Công thức chuyển đổi:

C

C

//



nt
1  tg 2 


1
R
 R .1 
//
nt 
tg 2 

Điều kiện:






P = Pnt = P// ; tg sơ đồ = tg  thực tế

14

* Tổn hao điện môi trong sơ đồ thay thế:
1. Sơ đồ song song:
Biết U => Cần tính IR và IC

I rò

R

δ

I
I pc



C pc

U

IC// =U.ω.C //

I R// =

U
R //

U2
P/ / = U.I.cosφ = U.I R =

= U 2 .ω.C // .tgδ
R //
2. Sơ đồ nối tiếp:
Biết I∑ => Cần tính UR và UC
I∑

δ
Ur



Uc
U

U R = I. R nt ;

UC =

I
ω.Cnt

Pnt = U.I.cosφ = U R .I= I 2 .R nt

U

tgδ= R =ω.C .R
nt nt
U
C

Pnt =U 2 .ω.Cnt .

tgδ
1+tg 2 δ

15


Câu 1: Các trạng thái cơ bản của vật chất, đặc điểm chính của từng trạng
thái? 1
Câu 2: Lí thuyết phân vùng năng lượng, dựa vào đó phân loại vật liệu? ........................................ 1
VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN ...................................................................................................................... 2
I. Phân loại VLCĐ:................................................................................................................................ 2
II. Các tham số đặc trưng: .................................................................................................................... 2
1. Điện trở suất .................................................................................................................................. 2
2. Khái niệm cách điện ...................................................................................................................... 2
3. Hằng số điện môi ........................................................................................................................... 2
4. Điện dẫn của điện môi ................................................................................................................... 3
Câu 3: Các loại điện dẫn của điện môi ................................................................................................ 3
PHÂN CỰC CỦA ĐIỆN MÔI.............................................................................................................. 4
* Lưỡng cực phân tử ............................................................................................................................. 4
* Phân cực điện môi .............................................................................................................................. 4
* Vecto phân cực điện môi .................................................................................................................... 5
* Điện môi thực tế.................................................................................................................................. 6
* Tương quan giữa  và P ..................................................................................................................... 6
TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA ĐIỆN MÔI .................................................................................................... 8
1. Phân loại dòng điện trong điện môi ................................................................................................. 8
2. Điện dẫn của điện môi khí ................................................................................................................ 8
3. Điện dẫn của điện môi lỏng .............................................................................................................. 9
4. Điện dẫn của điện môi rắn: ............................................................................................................ 10

PHÓNG ĐIỆN CỦA ĐIỆN MÔI ....................................................................................................... 11
1. Khái niệm ......................................................................................................................................... 11
2. Các yếu tố ảnh hưởng phóng điện điện môi .................................................................................. 11
3. Phóng điện trong điện môi khí ....................................................................................................... 11
3.1 Yêu cầu đối với chất khí cách điện ............................................................................................ 11
3.2 Các dạng ion hóa xảy ra trong chất khí .................................................................................... 11
4. Phóng điện trong điện môi lỏng ..................................................................................................... 12
a) Lí thuyết nhiệt .............................................................................................................................. 12
b) Lí thuyết phóng điện do điện trường thuần túy .......................................................................... 12
5. Phóng điện trong điện môi rắn ....................................................................................................... 12
a) Phóng điện chọc thủng: ............................................................................................................... 12
Loại 1: Phóng điện chọc thủng do điện....................................................................................... 12
Loại 2: Phóng điện chọc thủng do nhiệt ..................................................................................... 13
b) Phóng điện bề mặt: ...................................................................................................................... 13
TỔN HAO ĐIỆN MÔI ........................................................................................................................ 14

16


 Công thức tính tổn hao điện môi .................................................................................................... 14
* Chuyển đổi sơ đồ thay thế từ song song  nối tiếp .................................................................... 14
1. Sơ đồ song song: .............................................................................................................................. 15
2. Sơ đồ nối tiếp: .................................................................................................................................. 15

17